Tiểu luận Thiết kế đập đất

Tiểu luận Đề ỏn: Thiết kế đập đất Đồ án số 2 Thiết kế đập đất Đề bài : C16 A. Tài liệu cho tr−ớc I/. Nhiệm vụ công trình . Hồ chứa n−ớc H trên sông S đảm nhiệm vụ sau : 1. Cấp n−ớc t−ới cho 1650 ha ruộng đất canh tác. 2. Cấp n−ớc sinh hoạt cho 5000 dân 3. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi tr−ờng, sinh thái và phục vụ du lịch. II/. Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối. 1. Một đập chính ngăn sông. 2. Một đập tràn tháo lũ. 3. Một cống đặt d−ới đập để lấy n−ớc. III/. Tóm tắt một số tài liệu cơ bản 1. Địa hình : cho bình đồ vùng tuyến đập. 2. Địa chất: Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng sông trong bảng 1. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong húa dày từ 0,5 ữ 1m. 3. Vật liệu xây dựng Đất : Xung quanh vị trí đập có các bOi vật liệu A (trữ l−ợng 800.000 m3, cự ly 800m); B ( trữ l−ợng 600.000 m3, cự ly 600 m ) ; C ( trữ l−ợng 1 km ). Chất đất là loại pha cát, thấm n−ớc t−ơng đối mạnh, các chỉ tiêu nh− ở bảng 1 . Điều kiện khai thác bình th−ờng. Đất sét: có thể khai thác tại vị trí cách đập 4 km, trữ l−ợng đủ làm thiết bị chống thấm. Đá: Khai thác ở vị trí cách công trình 8 km , trữ l−ợng lớn , trữ l−ợng đảm bảo đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý: ϕ = 320; n= 0,35 ( của đống đá ); γk =2,5 T/m3 (của đá) Cát, sỏi : Khai thác ở các bOi dọc sông, cự ly xa nhất là 3 km, trữ l−ợng đủ lớn làm tầng lọc . Cấp phối nh− ở bảng 2. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 2 Bảng 1 – Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập ϕ (độ) C(T/m2) Chỉ tiêu Loại HS rỗn g n Độ ẩm W% Tự nhiên BOo hoà Tự nhiên BOo hoà γk (T/m3) k (m/s) Đất đắp đập (chế bị) 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 10-5 Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 4.10-9 Cát 0,40 18 30 27 0 0 1,60 10-4 Đất nền 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 10-6 Bảng 2-Cấp phối của các vật liệu đắp đập (m m ) Loại d10 d50 d60 Đất thịt pha cát 0,005 0,05 0,08 Cát 0,05 0,35 0,40 Sỏi 0,5 3,00 5,00 4.Đặc tr−ng hồ chứa - Các mực n−ớc trong hồ và mực n−ớc hạ l−u : bảng 3. - Tràn tự động có cột n−ớc trên đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P% : P% 2 3 5 20 30 50 V( m/s) 32 30 26 17 14 12 - Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT : D (bảng 3); ứng với MNDGC: D’= D+0,3 km. - Đỉnh đập không có đ−ờng giao thông chính chạy qua. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 3 5. Tài liệu thiết kế cống - L−u l−ợng lấy n−ớc ứng với mực MNDBT và MNC (Qtk) : bảng 3. - Mực n−ớc khống chế đầu kênh t−ới : bảng 3. - Tài liệu về kênh chính: hệ số mái m = 1,5; độ nhám n = 0,025; độ dốc đáy: i = (3ữ 5) x 10-4 B/. nội dung thiết kế 1/. Thuyết minh - Phân tính chọn tuyến đập , hình thức đập; - Xác định kích th−ớc cơ bản của dập; - Tính toán thấm và ổn định; - Chọn cấu tạo chi tiết. 2/. Bản vẽ - Mặt bằng đập; - Cắt dọc đập ( hoặc chính diện hạ l−u ); - Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông; - Các cấu tạo chi tiết. Đặc tr−ng hồ chứa Mực n−ớc hạ l−u (m) Đề số sơ đồ D (km) MNC (m) MNDBT (m) Bình th−ờng (Qtk) Max 29 C 2,0 123,5 146,0 112,0 114,2 ðồ ỏn mụn học thủy cụng 4 Bài làm A/. Những vấn đề chung. I/. Nhiệm vụ công trình. Hồ chứa n−ớc H trên sông S đảm nhiệm vụ sau : 1. Cấp n−ớc t−ới cho 1650 ha ruộng đất canh tác. 2. Cấp n−ớc sinh hoạt cho 5000 dân 3. Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ, tạo cảnh quan môi tr−ờng, sinh thái và phục vụ du lịch. II/. Chọn tuyến đập : Dựa vào bình đồ khu đầu mối đO cho, phân tích các điều kiện địa hình cụ thể (địa hình, địa chất, vật liệu địa ph−ơng...) chọn tuyến đập B – B là hợp lý. III/. Chọn loại đập : Qua phân tích các điều kiện địa hình, địa chất, tình hình cung cấp vật liệu tại chỗ, ta chọn ph−ơng án xây dựng đập đất để tận dụng vật liệu sẵn có của địa ph−ơng nơi xây dựng công trình. IV/. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 1/. Cấp công trình: Theo quy phạm thiết kế đập đất đầm nén, cấp công trình đ−ợc xác định từ 2 điều kiện: Theo chiều cao công trình và loại nền. Chiều cao đập sơ bộ xác định theo công thức: ∇đỉnh đập = ( MNLTK + d ) = (MNDBT + Hmax + d ) = 146 + 3 + 3 =152m Chiều cao công trình = ∇ đỉnh đập – ∇ đáy công trình 152 - 104 = 48(m) Với chiều cao đập sơ bộ tính Hđ = 40m, đập sử dụng vật liệu địa ph−ơng tra trong phụ lục P1-1 đ−ợc công trình cấp II. Theo nhiệm vụ của công trình và vai trò của công trình trong hệ thống Tra trong bảng P 1-2 (Đồ án thuỷ công) ⇒ Công trình cấp IV. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 5 Theo quy phạm chọn cấp công trình có mức độ quan trọng hơn. Nh− vậy công trình đ−ợc xác định là công trình cấp II. 2/. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định đ−ợc - Tần suất l−u l−ợng, mực n−ớc lớn nhất (Bảng P1-3): P=1% - Hệ số tin cậy (Bảng P1-6): Kn=1,2 - Tần suất gió lớn nhất tính toán (Theo QP TCVN - C1-78): P= 4% - Gió bình quân lớn nhất: P=50% (áp dụng đối với tất cả mọi cấp công trình) - Các mức đảm bảo sóng(Bảng P2-1) : P=30% - Độ v−ợt cao của đỉnh đập trên đỉnh sóng. Hệ số an toàn ổn định tr−ợt với tổ hợp lực cơ bản và đặc biệt (Theo QPVN 11-77) : a=0.5m; a'=0.4m B. Các kích th−ớc cơ bản của đập: I/.Đỉnh đập. 1/.Cao trình đỉnh đập: Theo quy phạm thiết kế đập đất đầm nén cao trình đỉnh đập đ−ợc xác định theo 2 cấp mực n−ớc. a. Theo mực n−ớc dâng bình th−ờng: ∇đđ =MNDBT + ∆h + hsl + a (1-1) b. Theo mực n−ớc dâng gia c−ờng: ∇đđ=MNDGC + ∆h’ + h’sl + a’ (1-2) Trong đó: ∆h và ∆h’ : Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. hsl và h’sl : Chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1% ) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. a = 0,5 m , a’ = 0,4 m a. Xác định ∆h và hsl ứng với gió tính toán lớn nhất V. * Xác định độ dềnh do gió ∆h theo công thức: αcos. . . 10.2 2 6 Hg DV h −=∆ (m) (1-3) Trong đó : ðồ ỏn mụn học thủy cụng 6 V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s) Tra theo bảng P 2-1 với tần suất gió lớn nhất P = 4% thì V = 30m/s. D = 2000 m - Đà sóng ứng với MNDBT g = 9,81 Gia tốc trọng tr−ờng H : Chiều sâu mực n−ớc th−ợng l−u đập H =∇MNDBT - ∇đáy đập = 146 - 104 = 42m α : Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và h−ớng gió.Theo tài liệu trắc đạc , gió tính toán là vô h−ớng , nên ta chọn h−ớng bất lợi α =0 Thay các trị số vào (1-3) : )(367,01. 40.81,9 2000.3010.2 2 6 mh ==∆ − * Xác định chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% hs1% . Theo QPTL C1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định nh− sau. hsl1% = K1 . K2 . K3 . K4 . hs1% (1-4). Trong đó : hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%. - K1,K2,K3,K4 : Các hệ số. - Xác định hs1%: - Giả thiết rằng sóng đang xét là sóng n−ớc sâu. H > 0,5 λ (1-5) - Tính các đại l−ợng không thứ nguyên: V tg . , 2 . V Dg Trong đó : t: Thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu đo ta lấy t = 6 giờ. D = 2000 m. Ta có 2.7063== 30 9,81.21600 V g.t 8,21 30 2000.81,9. 22 ==V Dg ðồ ỏn mụn học thủy cụng 7 Tra đồ thị hình P 2.1 GT - ĐATC ta đ−ợc. Cặp trị số thứ nhất:       = = τ ⇒= 0750 V hg 93 V g 27063 V tg 2 , . . . . . Cặp trị số thứ 2:       = = ⇒= 0095,0. 04,1. 18,2. 2 2 V hg V g V Dg τ Chọn cặp có trị số nhỏ.       = = 0095,0. 04,1. 2V hg V g τ 872,0 81,9 30.0095,0.0095,0 18,3 81,9 30.04,1.04,1 22 === === g Vh g V τ Trị số λ d−ợc xác định nh− sau pi τλ .2 . 2g = (m) (1-6) )(8,15 14,3.2 182,3.81,9 2 m==λ Kiểm tra điều kiện (1-5) H = 42> 0,5 λ = 0,5 .15,8 = 7,9 m. Vậy ta giả thiết tính toán theo sóng n−ớc sâu là đúng. Tính hs1% =K1%. sh (1-7) Trong đó K1% tra ở đồ thị hình P 2.1 GT - ĐATC ứng với đại l−ợng )(8,21. 2 mV Dg = ðồ ỏn mụn học thủy cụng 8 Ta đ−ợc K1% = 2,0 hs1% = 2,0 .0,872 = 1,788 (m) Hệ số K1,K2 tra ở bảng P 2-3 GT ĐATC, phụ thuộc vào đặc tr−ng lớp gia cố mái và độ nhám t−ơng đối trên mái. Tra đ−ợc K1 = 1,0 ; K2 = 0,9. Hệ số K3 tra ở bảng P2-4 GT ĐATC, phụ thuộc vận tốc gió và hệ só mái m : K3 = 1,5 Hệ số K4 tra ở hình P2-3 GT ĐATC, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số %1sh λ Với: 837,8 788,1 8,15 %1 == sh λ Sơ bộ chọn m = 4 Tra đ−ợc K4= 1,3 Thay các đại l−ợng vào (1-4) ⇒ hsl1%=1 . 0,9 . 1,5 . 1,3 . 1,788 = 3,138 (m) Thay các số liệu tính toán trên vào công thức xác định cao trình đỉnh đập : ∇đđ =MNDBT + ∆h + hsl + a ∇đđ =144 + 0,007 + 2,457 + 0,5 = 146,96 (m) lấy tròn ∇đđ=147 m b, Xác định ∆h và 'slh ứng với gió bình quân lớn nhất VmaxTB. Theo tra bảng P2-1 và đề bài ta có VmaxTb = 12 m/s D’ = D + 300 m = 1800 m. a Hg DV h TB cos. . . 10.2 ' '2 max6− =∆ (m) (1-3)’ Trong đó: VmaxTB =12m/s : Vận tốc gió bình quân lớn nhất (m/s) D’ =1800m : Đà sóng ứng với MNDGC g = 9,81m/s2 : Gia tốc trọng tr−ờng H’ : Chiều sâu n−ớc tr−ớc đập H’ = MNLTK - ∇đáy đập = 147 - 104 = 43(m) ðồ ỏn mụn học thủy cụng 9 α : Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và h−ớng gió. Theo tài liệu trắc đạc, gió tính toán là vô h−ớng , nên ta chọn h−ớng bất lợi α =0 Thay các trị số vào (1-3) )(0012,01. 43.81,9 1800.1210.2 2 6' mh ==∆ − Xác định h’sl . Theo QPTL C-1-78, chiều cao sóng leo có mức bảo đẩm 1% xác định nh− sau. h’sl1% =K1.K2.K3.K4. hs1%. Trong đó : hs1% - Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%. K1,K2,K3,K4 : Các hệ số. hs1% xác định nh− sau ( Theo QPTL C1-78 ) . Giả thiết rằng tr−ờng hợp đang xét là sóng n−ớc sâu. H > 0,5 `λ (1-5)’ Tính các đại l−ợng không thứ nguyên : V tg . , 2 . V Dg Trong đó : t là thời gian gió thổi liên tục, do không có tài liệu đo ta lấy t = 6 giờ =21600(s) Ta có 17658 12 21600819 V tg 2 == .,. 6,122 12 1800.81,9. 22 ==V Dg Tra đồ thị hình P2-1 GT ĐATC ta đ−ợc: Khi       = = τ ⇒= 120 V hg 25 V g 17658 V tg 2 , . , . .       = = ⇒= 018,0. 61,1. 6,122. 2 2 V hg V g V Dg τ Chọn cặp có trị số nhỏ. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 10 264,0 81,9 12.018,0 )(969,1 81,9 12.61,1.61,1 2 == === h m g V τ Trị số λ d−ợc xác định theo công thức sau pi τλ .2 . 2g = (m) (1-6)’ 06,6 14,3.2 969,1.81,9 2 ==λ (m) Kiểm tra điều kiện (1-5)’ H = 43 > 0,5 λ ’ = 0,5 . 6,06 = 3,03 (m). Vậy ta giả thiết tính toán theo sóng n−ớc sâu là đúng. Tính h’s1% =K1%. sh (1-7)’ Trong đó K1% tra ở đồ thị Hình P2-2 GT ĐATC ứng đại l−ợng 6,122. 2 =V Dg Ta đ−ợc K1% = 2,05 hs1% = 2,05 . 0,264 = 0,541 m Hệ số K1,K2 tra ở bảng P2-3 GTĐATC, phụ thuộc vào đặc tr−ng lớp gia cố mái và độ nhám t−ơng đối trên mái. Tra đ−ợc K1 = 1,0 ; K2 = 0,9 Hệ số K3 tra ở bảng P2-4 GTĐATC, phụ thuộc vận tốc gió và hệ só mái m : K3 = 1,1 Hệ số K4 tra ở hình P2-3 GTĐATC, phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số %1sh λ 20,11 541,0 06,6 %1 == sh λ ; Tra ta đ−ợc K4= 1,3 Thay các đại l−ợng vào (1-4)’ h’sl1%= 1 . 0,9 . 1,1 . 1,3 . 0,541 = 0,70 m Thay các số liệu vừa tính toán đ−ợc vào công thức tính cao trình đỉnh đập ứng với mực n−ớc dâng gia c−ờng: ðồ ỏn mụn học thủy cụng 11 ∇đđ=MNDGC + ∆h’ + h’sl + a’ ∇đđ =147 + 0,0012 + 0,70 + 0,4 = 148,1(m) So sánh kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh đập ứng với 2 mực n−ớc theo quy phạm trên, để thiên về an toàn chọn cao trình đỉnh đập: Zđ= 148,1(m) 2/. Chiều rộng đỉnh đập. Do thiết kế không có yêu cầu giao thông ta có thể chọn bề rộng đỉnh đập cho phù hợp với cấu tạo và thi công cũng nh− khai thác, quản lí và sửa chữa đập dễ dàng. Ta chọn bề rộng đỉnh đập B = 5 m (trong đó có kể đến chiều dày t−ờng nghiêng ). II/. Mái đập và cơ đập 1/. Mái đập : Sơ bộ tính theo công thức kinh nghiệm, Mái th−ợng l−u: m1 = 0,05 . H + 2,0 Mái hạ l−u : m2 = 0,05 . H + 1,5 Trong đó: H là chiều cao đập. H= ∇đỉnh đập -∇đáy đập = 148,1 - 104 = 44,1m Thay vào các công thức ta đ−ợc: m1 = 0,05 . 44,1 + 2,0 = 4,2;m2 = 0,05 . 44,1 + 1,5 = 3.70 Ta chọn sơ bộ mái nh− sau: Mái th−ợng l−u : m1 = 4,0 Mái hạ l−u : m2 = 3,50 2/. Cơ đập : Theo kinh nghiệm những đập cao trên 10m thì trên mái đập nên bố trí các cơ để làm đ−ờng đi lại kiểm tra, quản lý, đặt rOnh thoát n−ớc m−a. Cơ đập có tác dụng làm tăng thêm độ ổn định cho mái, tập trung và thoát n−ớc m−a đồng thời bảo đảm thuận lợi cho quá trình thi công, phục vụ tốt cho quá trình quản lý, vận hành và phòng chống lũ sau này. Trong điều kiện đồ án này chiều cao đập đO tính toán đ−ợc Hđ = 44,1m ta bố trí nh− sau: Mái th−ợng l−u không bố trí cơ m= 4,0 Mái hạ l−u bố trí một cơ có bề rộng mặt cơ Bcơ=2m, cao trình đỉnh cơ 131 m, trên đỉnh cơ bố trí một rOnh tập chung n−ớc chạy dọc theo chiều dài ðồ ỏn mụn học thủy cụng 12 đập, nối tiếp với các rOnh thoát n−ớc ngang đ−ợc bố trí chạy theo chiều mái đập III/. Thiết bị chống thấm Theo tài liệu cho, đất đắp đập và nền có hệ số thấm khá lớn nên cần có thiết bị chống thấm cho đập và cho nền Theo mặt cắt dọc tuyến đập đO cho tầng thấm dày T = 5 m. Nh− vậy chiều dày tầng thấm n−ớc t−ơng đối mỏng. Ta chọn hình chống thấm kiểu t−ờng nghiêng + chân răng. Vật liệu làm chân răng là đất sét khai thác tại vị trí cách vị trí xây dựng đập 4 Km theo nh− tài liệu đO cho, chân răng đ−ợc cắm sâu xuống nền đá 1m. Kích th−ớc cơ bản của t−ờng nghiêng và chân răng đ−ợc chọn nh− sau: 1/. Chiều dày t−ờng nghiêng : Trên đỉnh : δ1≥ 1,0 m . Ta chọn =1,0 m D−ới đáy : th−ờng δ2 =       ữ 4 1 10 1 . H trong đó H là chênh lệch cột n−ớc thấm tr−ớc và sau t−ờng, nh−ng không nhỏ hơn 3m. Do ch−a xác định đ−ợc độ chênh lệch cột n−ớc thấm tr−ớc và sau t−ờng nên sơ bộ chọn chiều dày đáy t−ờng nghiêng theo yêu cầu cấu tạo δ2 =3m 2. Cao trình đỉnh t−ờng : chọn bằng với mặt đập = + 148,1m. 3. Chiều dày chân răng: Để đảm bảo nối tiếp giữa t−ờng nghiêng và chân răng t−ơng đối thuận đồng thời chiều dày chân răng không quá lớn ta kéo dài t−ờng nghiêng xuống phía d−ới nền một khoảng sao cho chiều dày chân răng bằng với chiều dày đáy t−ờng nghiêng δtn =3m IV/. Thiết bị thát n−ớc thân đập 1/. Mục đích: Do có sự chênh lệch mực n−ớc th−ợng hạ l−u đập, trong đập xuất hiện dòng thấm. Các dòng thấm này nếu mạnh sẽ gây ra những hiện t−ợng bất lợi cho đập nh− trôi đất, xói mòn, xạt lở mái đập và có khả năng gây phá huỷ đập. Do vậy ta phải có các biện pháp làm giảm áp lực thấm bằng cách lắp đặt thiết bị thoát n−ớc nhằm đ−a dòng thoát ra hạ l−u đập đ−ợc dễ dàng và an toàn, hạ thấp đ−ờng bOo hoà không cho dòng thấm thoát ra ở mái hạ l−u gây sạt lở mái dốc, đ−a dòng thấm vào vật thoát n−ớc tăng ổn định cho đập. 2/. Hình thức, cấu tạo thiết bị thoát n−ớc : ðồ ỏn mụn học thủy cụng 13 a, Phần lòng sông : ứng với mặt cắt lòng sông là tr−ờng hợp hạ l−u đập có n−ớc. Tuy nhiên theo tài liệu đO cho mực n−ớc hạ l−u lớn nhất ∇MNHL= +112,5 m vậy so với cao trình đỉnh đập mực n−ớc hạ l−u không lớn lắm nên ở đây chọn hình thức thoát n−ớc kiểu lăng trụ. Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực n−ớc hạ l−u lớn nhất để đảm bảo trong mọi tr−ờng hợp đ−ờng bOo hoà không đi xuyên qua mái hạ l−u. Trong đồ án này dựa vào kinh nghiệm đO có từ những công trình đO đ−a vào sử dụng ta chọn cao trình đỉnh lăng trụ thoát n−ớc cao hơn mực n−ớc hạ l−u lớn nhất 1,5m ∇ đỉnh lăng trụ = 112,5 + 1,5 = +114 m Bề rộng của đỉnh thiết bị thoát n−ớc Btn =2 m. Khối lăng trụ đ−ợc xếp bằng đá hộc hệ số mái chọn nh− sau: Hệ số mái phía hạ l−u mhl=2.0 Hệ số mái phía th−ợng l−u mTL = 1,5 Để đảm bảo không xảy ra hiện t−ợng trôi đất tại phần tiếp giáp giữa thân đập và vật thoát n−ớc ta bố trí tầng lọc ng−ợc (Chi tiết xem trong bản vẽ) b, Phần trên s−ờn đồi : Từ cao trình +11,4m trở lên (Từ cao trình đỉnh lăng trụ) ứng với tr−ờng hợp hạ l−u đập không có n−ớc, để tiết kiệm vật liệu mà vẫn đảm bảo an toàn ta bố trí thiết bị thoát n−ớc kiểu áp mái. Cao trình đỉnh của thiết bị thoát n−ớc kiểu áp mái luôn cao hơn điểm ra của đ−ờng bOo hoà ứng với từng vị trí cụ thể là 0.5m. C/. Tính thấm qua đập đất và qua nền I-nhiệm vụ và tr−ờng hợp tính toán. 1.Mục đích: Tính toán thấm xác định l−u l−ợng dòng thấm qua đập và nền.Trên cơ sở đó tìm l−u l−ợng tổn thất của hồ do dòng thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp. Xác định đ−ờng bOo hoà, từ đó tìm ra đ−ợc áp lực thấm dùng tính toán ổn định của mái đập. Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền. 2/. Các tr−ờng hợp tính toán : Trong thiết kế đập đất cần tính thấm với các tr−ờng hợp làm việc khác nhau của đập. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 14 Th−ợng l−u là MNDBT, hạ l−u là mực n−ớc min t−ơng ứng; thiết bị chống thấm thoát n−ớc làm việc bình th−ờng Th−ợng l−u là MNLTK, hạ l−u là mực n−ớc max t−ơng ứng. ở th−ợng l−u mực n−ớc rút đột ngột. Tr−ờng hợp thiết bị thoát n−ớc làm việc không bình th−ờng. Tr−ờng hợp thiết bị chống thấm bị hỏng. (Trong đồ án này chỉ tính toán với tr−ờng hợp thứ nhất). 3/. Các mặt cắt tính toán : Tính với 2 mặt cắt đại biểu Mặt cắt lòng sông ( chỗ tầng thấm dày nhất ) ứng với cao trình đáy đập + 104 (m) Mặt cắt s−ờn đồi ( đập trên nền không thấm ) ứng với cao trình đáy đập +112,5(m) II/.Tính thấm cho mặt cắt ở lòng sông. 1/. Tính cho tr−ờng hợp MNDBT: Tại mặt cắt này có tầng thấm dầy 5 m ( Theo cắt dọc đO cho ) Các số liệu phục vụ tính toán Tại vị trí thấp nhất của lòng sông ∇đáy sông = 104 m Cao trình đỉnh đập so với cao trình đáy sông H = 148,1 - 104 = 44,1 h1 Là độ sâu n−ớc tr−ớc đập h1= 40 m ; m1= 40 ; mtb = 3,375 L= m1.Hđ+Bđập+mtb(∇đỉnh đập - ∇đỉnh lăng trụ)- mlt(∇đỉnh lang trụ - ∇mực n−ớc hạ l−u) L = 4. 44,1 + 5 + 3,375 . ( 148,1 - 114 ) - 1,5( 114 - 112,5 ) = 294(m) T = 5 m. δ: Độ dày trung bình t−ờng nghiêng δ = )(2 2 31 m= + Zo= δcosα =2,4.cos 14o56’ =1,94 (m) h2: Độ sâu mực n−ớc hạ l−u h2= ∇MNHL - ∇đáy sông = 112,5 - 104 = 8,5(m) Hệ số thấm của đất đắp đập : kđ = 10 -5 cm/s. Hệ số thấm của đất nền : kn =10 -6 cm/s. Hệ số thấm đất sét làm tầng chống thấm k0 = 4.10 -9 cm/s. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 15 5,8.5,15.44,0294 40 10).4229(2 40 10 36 3 2 3 2 5 −+ − + − − = −− h h h q Sơ đồ tính toán nh− sau: Zo=1,94m δ=2,0m mh3 h3 m1=3,25 X 104 m1 = 4 ,0 MNTL +144m +112,5m Dùng ph−ơng pháp phân đoạn để tính. Bỏ qua độ cao hút n−ớc ao ở cuối dòng thấm, l−u l−ợng đơn vị q và độ sâu h3 sau t−ờng nghiêng đ−ợc xác định từ hệ ph−ơng trình sau: ) sin .( T t hh 2 Zhh kq 310 2 3 22 1 0 − + αδ −− = 2 , 23 3 2 2 2 3 44,0 )( .)(2. hmTL Thh k mhL hh Kq lt nd −+ − + − − = Thay các trị số vào ph−ơng trình trên ta có : 4 5).40( . '2014sin.0,2.2 94,140 10.4 30 22 3 2 9 hhq −+−−= − Lập bảng tính thử dần ta đ−ợc kết quả : q = 5,43.10-6 (m2/s) ; h3 = 17,56 m Ph−ơng trình đ−ờng bOo hoà trong hệ trục toạ độ XOY: (Toạ độ trong hình vẽ) x mhL hh hy . 3 2 2 2 32 3 − − −= nx 05,1308. .56,17,4294 5,856,1756,17 22 2 −= − − −= Bảng tính toạ độ các điểm trên đ−ờng bo hoà Mặt cắt lòng sông TT x Y 1 0 17,54993 2 30 16.628 3 60 15.65 ðồ ỏn mụn học thủy cụng 16 4 90 14.61 5 120 13.49 6 150 12.27 7 180 10.91 8 200 9.90 9 210 9.35 10 224,5 8.50 III/. Tính thấm cho mặt cắt s−ờn đồi. Tại mặt cắt này nền đập không thấm n−ớc , hạ l−u không có n−ớc, thoát n−ớc kiểu áp mái. 1/. L−u l−ợng thấm a. Sơ đồ tính: Kđ h3 0 y MNTL +144m Ko m =4 x ðồ ỏn mụn học thủy cụng 17 Đây là tr−ờng hợp đập trên nền không thấm n−ớc, thiết bị thoát n−ớc kiểu áp mái ph−ơng trình tính toán xác định qđ , h3 và ao nh− sau: )'..(2 ).( 3 2 0 2 3 o d ammhL ahK q −− − = 5.0' . + = m a Kq od αδ sin.2. 22 3 2 1 0 Zohh Kq −− = δ = (1+3,0)/2 = 2,0 m ; α = arccotg(m) Zo = δ.cosα = 2,0. 0,97 = 1,94 m Sinα = 0,242 Cao trình đáy đập tại mặt cắt nàylấy bằng +10 m. m1 =40 : hệ số mái dốc th−ợng l−u. h1 = 144 - 112,5 = 31,5m L = (m + m’) . (∇đỉnh đập - ∇đáy) + B =7,375(1478,1 - 112,5)+5=262,55 T−ờng nghiêng làm từ đất sét chế bị có hệ số thấm Ko = 4.10 -9 (m/s) Bỏ qua độ cao hút n−ớc ao( lấy ao = 0) Ta có q= ) sin20 20( 22 3 2 x hm K o −− q= ))(2( 31 2 3 hmL h K d − Giả hệ ph−ơng trình trên ta đ−ợc q = 3,438 .10-6 (m2/s) h3 = 12,76 m Đ−ờng bOo hoà t−ợng tr−ng có dạng. xxx K qhy d 69,08,162. 10 10.438,3.276,12.2 5 6 3 2 −=−=−= − − ðồ ỏn mụn học thủy cụng 18 Bảng tính toán toạ độ điểm thuộc đ−ờng b%o hoà mặt cắt s−ờn đồi TT X Y 1 0 12.26 2 25 12.06 3 50 11.33 4 75 10.54 5 100 9.69 6 125 8.75 7 150 7.70 8 175 6.48 9 200 4.98 10 225 2.75 D/. tính toán ổn định mái đập. I/. Tr−ờng hợp tính toán. Theo qui định của qui phạm, khi thiết kế đập đất, cần kiểm tra ổn định với các tr−ờng hợp sau : 1/. Cho mái hạ l−u Khi th−ợng l−u là mực n−ớc dâng bình th−ờng, hạ l−u là chiều sâu n−ớc lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị chống thấm và thoát n−ớc làm việc bình th−ờng (tổ hợp cơ bản). Khi th−ợng l−u có MNLTK, sự làm vệc bình th−ờng của thiết bị thoát n−ớc bị phá hoại (tổ hợp đặc biệt). 2/. Cho mái th−ợng l−u Khi mực n−ớc hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực n−ớc thấp nhất có thể xảy ra (cơ bản). Khi mực n−ớc th−ợng l−u ở cao trình thấp nhất (nh−ng không nhỏ hơn 0,2 Hđập ) – (tổ hợp cơ bản). Khi mực n−ớc hồ rút nhanh từ MNLTK đến mực n−ớc thấp nhất có thể xảy ra (tổ hợp đặc biệt). Trong đồ án này chỉ giới hạn tính toán ổn định cho mái hạ l−u trong tr−ờng hợp th−ợng l−u là MNDBT và hạ l−u có mực n−ớc max II/. Tính toán ổn định mái bằng ph−ơng pháp cung tr−ợt. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 19 1/. Tìm vùng có tâm tr−ợt nguy hiểm : Sử dụng 2 ph−ơng pháp a, Ph−ơng pháp Filennit : Theo Filennit, tâm tr−ợt nguy hiểm nằm ở lân cận đ−ờng MM’(hình vẽ). Điểm M’ đ−ợc xác định dựa vào các góc α và β, các góc này phụ thuộc độ dốc mái đập tra bảng (4-1) giáo trình Thuỷ Công tập I trang 79. Trong tr−ờng hợp này mTB = 3,375 → α = 35 o và β = 25o . Điểm M đ−ợc xác định nh− trong hình vẽ. b, Ph−ơng pháp Fanđêep Theo ph−ơng pháp này tâm cung tr−ợt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd (hình vẽ) . Để xác định khu vực này thì từ điểm giữa mái đập hạ l−u ( khi mái có độ dốc khác nhau thì lấy trị số trung bình) ta kẻ một đ−ờng thẳng đứng và một đ−ờng hợp với mái dốc một góc 85o. Cũng lấy điểm đó làm tâm vẽ các cung tròn có bán kính R và r, các bán kính này phụ thuộc vào chiều cao đập và độ dốc mái trung bình. Tra bảng 4-2 giáo trình Thuỷ Công tập I trang 80 ta đ−ợc: r/H =1,19; R/H=2,84 Với Hđ = 44,1 m → r = 52,48 m ; R = 125,2m . Kết hợp hai ph−ơng pháp ta tìm đ−ợc phạm vi có khả năng chứa tâm cung tr−ợt nguy hiểm nhất là đoạn AB. Trên đó ta giả định các tâm O1 , O2 ,O3 ... vạch các cung tiếp xúc với tầng không thấm n−ớc của nền đập (Tiếp xúc với nền đá), tiến hành tính toán hệ số an toàn ổn định K1, K2 ,K3... cho các cung t−ơng ứng, vẽ biểu đồ quan hệ giữa K i và vị trí tâm Oi ta xác định đ−ợc trị số Kmin ứng với các tâm O. Từ vị trí của tâm O ứng với Kmin đó kẻ đ−ờng thẳng NN vuông góc với đ−ờng MM1 ,trên đ−ờng NN ta lại lấy các tâm O khác vạch các cung tr−ợt mới, giả thiết các cung tr−ợt này cũng tiếp xúc với nền đá, tính hệ số K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ quan hệ giữa Ki và vị trí tâm Oi ta xác định đ−ợc trị số Kmin min ứng với các cung tr−ợt giả thiết. 2/. Xác định hệ số an toàn K cho một cung tr−ợt bất kỳ : Theo Ghecxevanop ta chia khối tr−ợt thành các dải có chiều rộng dải là b với b = R/m, (R-bán kính vòng cung tr−ợt, m-số nguyên lấy bằng 10-20 tuỳ theo từng cung tr−ợt). Ta có công thức tính hệ số ổn định: K = ( ) ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ +− = n nnnnn gt ct T lCtgWN M M ϕ. (3-2) Các ký hiệu trong bảng tính : ϕn , Cn- góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n . ln- bề rộng dải thứ n : ln=b/cosαn (m) Wn- áp lực thấm ở đáy dải thứ n: Wn=γn.hn.ln (T/m) . ðồ ỏn mụn học thủy cụng 20 γn : Trọng l−ợng riêng của n−ớc γn = 1 (T/m). sinαn = m n (trong đó n là số thứ tự dải) Nn,Tn-thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng l−ợng dải Gn Nn = Gn . cosαn (T/m) Tn = Gn . sinαn (T/m) Gn- trọng l−ợng dải thứ n: Gn = b(Σγi.hi) hichiều cao trung bình của phần dải t−ơng ứng có dung trọng là γi Đối với đất, đá ở trên đ−ờng bOo hoà lấy dung trọng tự nhiên γtn . Đối với đất, đá ở d−ới đ−ờng bOo hoà lấy dung trọng bOo hoà γbh . γbh = γk + γn . n n : hệ số rỗng của đất γk : trọng l−ợng riêng khô Dựa vào công thức trên và các số liệu đầu bài đO cho lập các bảng tính xác định trị số Kmin minb (Trang bên) Từ các số liệu trong bảng ta xác định đ−ợc Kminmin=1,28 3/. Đánh giá tính hợp lý của mái. Mái đập đảm bảo an toàn về tr−ợt nếu thoả mOn điều kiện Kmin<[K] Trong đó [K] phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp lực tác dụng lên công trình đó (tra bảng P1-7 GT ĐAMN : [K] = 1,2 Tuy nhiên cần đảm bảo điều kiện kinh tế, cần khống chế : Kmin ≤ 1,15 [K] Theo kết quả tính toán trong các bảng tính trên hệ số an toàn nhỏ nhất [K]<Kminmin=1,28<1,15[K] Vậy mái đập thoả mOn cả 2 điều kiện về kinh tế và kĩ thuật. E. Cấu tạo chi tiết. I.Đỉnh đập Vì trên đỉnh đập không làm đ−ờng giao thông nên chỉ cần phủ 1 lớp dăm sỏi dầy 20 Cm . Mặt đỉnh đập dốc về 2 phía độ dốc i=2% II.Bảo vệ mái đập. ðồ ỏn mụn học thủy cụng 21 1. Mái th−ợng l−u: Theo kết quả tính toán chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm sóng 1% là 1,4 m với chiều nh− vậy ta chọn hình thức bảo vệ mái = đá lát khan 2. Mái hạ l−u: Mái hạ l−u đập cần đ−ợc bảo vệ chủ yếu chống xói do n−ớc m−a gây ra. ở đây ta chọn ph−ơng pháp trồng cỏ để bảo vệ mái. Trên mái hạ l−u đập đào các rOnh nhỏ nghiêng với trục đập 1 góc 45o để tập trung n−ớc m−a, đồng thời phân khu vực trồng cỏ thành các ô nhỏ. Trong các rOnh này có xếp đá dăm để giảm tốc độ n−ớc chảy, n−ớc từ các rOnh tập trung vào các m−ơng ngang bố trí tại cơ đập. III. Nối tiếp đập với nền và bờ. 1. Nối tiếp đập với nền. Tại các vị trí tiếp xúc giữa đập và nền ta tiến hành bóc bỏ 1 lớp đất phong hoá mạnh chiều dày trung bình lớp đất bóc bỏ là 1m. 2. Nối tiếp đập với bờ. Để đảm bảo an toàn về thấm, tránh hiện t−ợng n−ớc thấm qua phần nối tiếp giữa thân đập và bờ đá ta dùng đất sét tạo chân răng cắm sâu vào bờ đá 1 khoảng 0,5 m. G. Kết luận. Hà Nội, ngày …./…./2010 Sinh viên thực hiện